Вопрос №21. Характеристика систем отопления: отопление лучистое и конвектив­ное. Требования, предъявляемые к отопительной установке. Отопление помещений может быть конвективным и лучистым. К конвективному относят отопление, при котором температура воздуха поддер­живается на более высоком уровне, чем радиационная, т. е. t_в> t_R. Лучистым считают отопление, при котором радиационная температура помеще­ния превышает температуру воздуха (t_в< t_R). Отопление помещений о существляется системой отопления. К системе отопления предъявляются следующие требования, приведенные по степени их важности: – санитарно-гигиенические – поддержание заданной температуры воздуха и внут­ренней поверхности ограждения во времени, в плане и по высоте помещений при допустимой подвижности воздуха; ограничение температуры поверхности отопитель­ных приборов; – эксплуатационные – определяющие эффективность действия в течение всего пе­риода работы, связанные с надежностью и техническим совершенством системы; – экономические – определяющие низкие капитальные затраты с минимальным расходом металла, экономный расход тепловой энергии при эксплуатации, т. е. мини­мальные приведенные капитальные затраты; – архитектурно-строительные – характеризующие соответствие интерьеру поме­щений, компактность, увязку со строительными конструкциями; – производственно-монтажные – определяемые унифицированием узлов и дета­лей, механизацией их изготовления; сокращением трудовых затрат при монтаже. Основные конструктивные элементы системы отопления: – теплоисточник (теплообменник при централизованном теплоснабжении по неза­висимой схеме), служащий для получения тепловой энергии; – теплопроводы – сеть труб или каналов для переноса тепловой энергии; – отопительные приборы – для передачи теплоты в помещение. Перенос тепловой энергии по теплопроводам осуществляется с помощью жидкой или газообразной рабочей среды, называемой теплоносителем. Наибольшее распространение в качестве теплоносителей в системах отопления полу­чили вода, пар и воздух. По расположению основных элементов, системы отопления подразделяют на ме­стные и центральные. В местных системах для отопления одного помещения все три основных элемента конструктивно объединяются в одной установке. Центральными называются системы, предназначенные для отопления группы помеще­ний из одного теплового центра. На крупных станциях, ТЭЦ и районных котельных используют два теплоносителя. Первичный высокотемпературный теплоноситель перемещается от тепловой станции по теплопроводам к ЦТП (или отдельным зданиям) и обратно. Вторичный теплоноситель после нагревания поступает к отопитель0ным приборам и возвращается в ЦТП.

Вопрос №22. Теплообмен в помещении.

Задачей расчета теплообмена в помещении является определение температуры внутренней поверхности ограждений с учетом лучистого теплообмена между отопительной панелью и остальными поверхностями при известных  t_н, t_в, t_п, t_п, R_о.

Уравнение теплового баланса для внутренней поверхности наружного ограждения при установившемся режиме (рисунок 9.1):

Q_н = Q_л + Q_к

Тепловой поток для внутренней поверхности А₁  наружного ограждения

где R_o¹, dA₁ – неполное (без сопротивления теплообмену на внутренней поверхности) сопротивление теплопередаче ограждения.

Лучистый теплообмен поверхности А₁ с другими поверхностями.

Конвективный теплообмен между воздухом и поверхностью А₁:

где  a_{к dA1} – локальное значение коэффициента теплообмена конвекцией на элементе поверхности  dА₁.

Решение системы интегральных уравнений связано с вычислением коэффициента облученности   φ для каждой поверхности. Поэтому при практических расчетах определяют один коэффициент полной облученности или, если панель одна, то вообще не определяют. Тогда система интегральных уравнений заменяется системой алгебраических уравнений.

Замена системы уравнений одним:

– лучистый теплообмен представляется как теплообмен излучением между отопительной панелью и осредненной наружной поверхностью, считая внутренние поверхности отражающими

– лучистый теплообмен отопительной панели площадью А_п представляется как теплообмен с воздухом и одной условной поверхностью площадью (А_о  - А_п).

Вопрос №23. Характеристика основных теплоносителей для систем отопления..

Движущаяся среда в системе отопления теплоноситель аккумулирует теплоту и затем передает ее в обогреваемые помещения. Теплоносителем для отопления может быть подвижная, жидкая или газообразная среда, соответствующая требованиям, предъ­являемым к системе отопления.

Для отопления зданий и сооружений в настоящее время преимущественно исполь­зуют воду или атмосферный воздух, реже водяной пар или нагретые газы. Сопоставим характерные свойства указанных видов теплоносителя при использовании их в системах отопления.

Газы, образующиеся при сжигании твердого, жидкого или газообразного органи­ческого топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы в тех слу­чаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удается ограни­чить температуру теплоотдающей поверхности отопительных приборов. При транспор­тировании горячих газов имеют место значительные попутные теплопотери, обычно бесполезные для обогревания помещения. В отличие от горячих газов вода, воздух и пар используются многократно в режиме циркуляции и без загрязнения окружающей здание среды.

Вода представляет собой жидкую, практически несжимаемую среду со значитель­ной плотностью и теплоемкостью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависи­мости от температуры, а температуру кипения в зависимости от давления, способна сорбировать или выделять растворимые в ней газы при изменении температуры и давления. Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и энтальпию при фазовом превращении. Воздух также является легкоподвижной средой со сравнительно малыми вязкостью, плотностью И теплоемкостью, изменяющей плот­ность и объем в зависимости от температуры.

Сравним эти три теплоносителя по показателям, важным для выполнения требова­ний, предъявляемых к системе отопления.

Одним из санитарно-гигиенических требований является поддержание в помеще­ниях равномерной температуры. По этому показателю преимущество перед другими теплоносителями имеет воздух. При использовании нагретого воздуха-теплоносителя с низкой теплоинерционностью - можно постоянно поддерживать равномерной темпера­туру каждого отдельного помещения, быстро изменяя температуру подаваемого воз­духа, т.е. проводя так называемое эксплуатационное регулирование. При этом одновре­менно с отоплением можно обеспечить вентиляцию помещений.

Применение в системах отопления горячей воды также позволяет поддерживать равномерную температуру помещений, что достигается регулированием температуры, подаваемой в отопительные приборы воды. При таком регулировании температура помещений все же может несколько отклоняться от заданной (на 1-2 ^ОС) вследствие тепловой инерции масс воды, труб и приборов. При использовании пара температура помещений неравномерна, что противоречит гигиеническим требованиям. Другое санитарно-гигиеническое требование - ограничение температуры наружной поверхно­сти отопительных приборов - вызвано явлением разложения и сухой возгонки opганической пыли на нагретой поверхности, сопровождающимся выделением вредных веществ, в частности окиси углерода. Разложение пыли начинается при температуре 65 - 70 ^оС и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80 ^ОС. При использовании пара в качестве теплоносителя температура поверхности большинства отопительных приборов и труб постоянна и близка или выше 100 ^ОС, т.е. превышает гигиенический предел. При отоплении горячей водой средняя температура нагретых поверхностей, как правило, ниже, чем при применении пара. Важным эконо­мическим показателем при применении различных теплоносителей является расход металла на теплопроводы и отопительные приборы. Площади поперечного сечения водоводов и паропроводов относительно близки, а сечение воздуховодов в сотни раз больше. Это объясняется, с одной стороны, значительной теплоаккумуляционной способностью воды и свойством пара выделять большое количество теплоты при конденсации, с другой стороны - малыми плотностью и теплоемкостью воздуха. В дополнение к известным эксплуатационным показателям следует отметить, что из-за высокой плотности воды (больше плотности пара в 600 - 1500 раз и воздуха в 900 раз) в системах водяного отопления многоэтажных зданий может возникать разрушающее гидростатическое давление. В связи с этим в высотных зданиях в США применялись системы парового отопления. При использовании воды обеспечивается достаточно равномерная температура помещений, можно ограничить температуру поверхности отопительных приборов, сокращается по сравнению с другими теплоносителями площадь поперечного сечения труб, достиrается бесшумность движения в теплопроводах. Недостатками применения воды являются значительный расход металла и большое гидростатическое давление в системах. Тепловая инерция воды замедляет регулирование теплопередачи приборов. При использовании пара сравнительно сокращается расход металла за счет уменьшения площади приборов и поперечного сечения конденсатопроводов, достига­ется быстрое прогревание приборов и отапливаемых помещений. гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, его температура высока и постоянна при данном давлении, что затрудняет регулирование теплопередачи приборов, движение его в трубах сопровождается шумом.

При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномер­ность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, совмещать отопление с вентиляцией помещений, достигать бесшумности его движения в воздухо­водах и каналах. Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность, значительные площадь поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относи­тельно большое понижение температуры по их длине.

Вопрос №24. Расчет мощности системы отопления; дежурное отопление.

Отопительный прибор предназначен для компенсации дефицита теплоты в поме­щении. Использование приборов той или иной конструкции и их размещение в помеще­нии не должны приводить к заметному перерасходу теплоты. Показателем, оцениваю­щим эти свойства, является отопительный эффект прибора, который показывает отношение количества фактически затрачиваемой прибором теплоты для создания в помещении заданных условий теплового комфорта к расчетным потерям теплоты помещением.

Считается, что наилучшим отопительным эффектом обладают панельно-лучистые приборы, установленные в верхней зоне помещения или встроенные в конструкцию потолка. Отопительный эффект таких приборов равен 0,9...0,95, т.е. теплоотдача пото­лочных панелей может быть даже несколько ниже расчетных теплопотерь помещения без ухудшения комфортности внутренних условий. Отопительный эффект панели, расположенной в конструкции пола, около 1,0. Однако подоконная панель, встроенная в конструкцию наружной стены, может иметь заметные бесполезные потери теплоты и ее отопительный эффект снижается до 1,1.

Определение окончательной расчетной тепловой мощности системы отопления Q_от, Вт, для конкретного помещения или системы в целом по формуле вида.

где ΔQ - расчетный дефицит теплоты в помещении, Вт; k – поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери, связанные с охлаждением теплоносителя в магистралях, проходящих в не отапливаемых помещениях; β_l – коэффициент учета дополнительного теплового потока отопительных приборов за счет округления их площади сверх расчетной величины; β₂ – коэффициент учета дополнительных потерь теплоты приборами, расположенными у наружных ограждений.

Согласно СНиП суммарная величина дополнительных теплопотерь должна быть не более 7 % тепловой мощности системы отопления. В связи с этим при определении мощности системы отопления и отсутствии необходимых данных для выбора указанных выше коэффициентов их произведение принимают равным допустимой величине, т.е.

kβ₁β₂==1,07.

Дежурное отопление предусматривают в нерабочее время или во время перерывов в использовании помещений, когда по условиям технологии производства и эксплуатации оборудования, приборов и коммуникаций можно поддерживать температуру воздуха ниже нормируемой, но не ниже 5 ^ОС. При этом обеспечивают восстановление нормируемой температуры к началу использования помещения или к началу работы без увеличения приведенных затрат.

Дежурного отопления не устраивают при высокой расчетной температуре наруж­ного воздуха для проектирования отопления (выше 5 ^ОС).

Вопрос №27. Назначение систем вентиляции; гигиенические основы вентиляции, общая характеристика загрязнений и вредностей, выделяемых в производственных, общественных и жилых помещениях.

Производственный процесс сопровождается выделением в воздух рабочих помещений вредных для здоровья человека газов и паров. Кроме того, в воздух производственных помещений могут поступать большие количества тепла, влаги и пыли, повышающие его температуру и влажность, а также увеличивающие его запыленность. Люди, находящиеся в помещениях, также выделяют в воздух помещений тепло, влагу, углекислый и другие газы.

Вследствие поступления в воздух вредных газов, паров, тепла, влаги и пыли происходит изменение его химического состава и физического состояния, неблагоприятно отражающееся на самочувствии и состоянии здоровья человека и ухудшающее условия труда.

Для поддержания в помещениях нормальных параметров воздушной среды, удовлетворяющих санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям, устраивают вентиляцию.

Вентиляцией называют совокупность мероприятий и устройств, обеспечивающих расчетный воздухообмен в помещениях жилых, общественных и промышленных зданий.

Санитарно-гигиеническое назначение вентиляции состоит в поддержании в помещениях удовлетворяющего требованиям санитарных норм проектирования промышленных предприятий и строительных норм и правил состояния воздушной среды путем ассимиляции избытков тепла и влаги, а также удаления вредных газов, паров и пыли.

Кроме санитарно-гигиенических требований к вентиляции предъявляют технологические требования по обеспечению чистоты, температуры, влажности и скорости движения воздуха в помещении, вытекающие из особенностей технологического процесса в промышленных зданиях и назначения помещения в общественных зданиях.

Организм человека выделяет тепло. Количество тепла, выделяемого человеком, зависит от характера выполняемой им работы и метеорологических условий в помещении. Метеорологические условия характеризуются температурой, относительной влажностью и скоростью движения воздуха, а также температурой внутренних поверхностей ограждений и температурой находящихся в помещении предметов Для нормального самочувствия человека необходимо, чтобы был обеспечен постоянный отвод выделяемого им тепла.

В условиях производства на самочувствие человека и на производительность труда влияют факторы, зависящие от технологического процесса и характера выполняемой работы. Эти факторы носят название профессиональных вредных выделений («вредностей»). К профессиональным вредным выделениям относятся избыточное конвективное и лучистое тепло, влага (водяные пары), газы и пары вредных веществ и производственная пыль.

Вопрос №25. Выбор основной схемы отопления здания – технические показатели, экономические показатели, область применения и условия выбора систем.

В настоящее время в России применяют центральные системы в основном водяного и, значительно реже, парового отопления, местные и центральные системы воздушного отопления, а также печное отопление в сельской местности.

При водяном отоплении циркулирующая наrретая вода охлаждается в отопительных приборах и возвращается к теплоисточнику для последующего нагревания.

Системы водяного отопления по способу создания циркуляции воды разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насоса (насосные). В гравитационной (лат. gravitas - тяжесть) системе используется свойство воды изменять свою плотность при изменении температуры. В замкнутой вертикальной системе с неравномерным распределением плотности под действием гравитационного поля Земли возникает естественное движение воды.

В насосной системе используется насос с электрическим приводом для создания разности давления, вызывающей циркуляцию, и в системе создается вынужденное движение воды.

По температуре теплоносителя различаются системы низкотемпературные с предельной температурой горячей воды t_г <70 ^ОС, среднетемпературные при t_г от 70 до 100 ^оС и высокотемпературные при t_г > 100 ^ОС. Максимальное значение температуры воды oгpaничено в настоящее время 150 °С.

По положению труб, объединяющих отопительные приборы по вертикали или горизонтали, системы делятся на вертикальные и горизонтальные.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами системы бывают однотрубные и двухтрубные.

При паровом отоплении в приборах выделяется теплота фазового превращения в результате конденсации пара. Конденсат удаляется из приборов и возвращается в паровой котел.

Системы парового отопления по способу возвращения конденсата в котел разделяются на замкнутые с самотечным возвращением конденсата и разомкнутые с перекачкой конденсата насосом.

В замкнутой системе конденсат непрерывно поступает в котел под действием разности давления, выраженного столбом конденсата высотой h и давления пара р_п в паросборнике котла. В связи с этим отопительные приборы должны находиться достаточно высоко над паросборником (в зависимости от давления пара в нем).

В разомкнутой системе парового отопления конденсат из отопительных приборов caмотeком непрерывно поступает в конденсатный бак и по мере накопления периодически перекачивается конденсатным насосом в котел. В такой системе расположение бака должно обеспечивать стекание конденсата из нижнего отопительного прибора в бак, а давление пара в котле преодолевается давлением насоса. В зависимости от давления пара системы парового отопления подразделяются на субатмосферные, вакуум-паровые, низкого и высокого давления.В системах субатмосферного и вакуум-парового отопления давление в приборах меньше атмосферного и температура пара ниже 100 ^ОС. В этих системах можно, изменяя величину вакуума (разрежения), регулировать температуру пара.

Теплопроводы систем парового отопления делятся на паропроводы, по которым перемещается пар, и конденсатопроводы для отвода конденсата.

По паропроводам пар перемещается под давлением р_п в паросборнике котла или в парораспределительном коллекторе к отопительным приборам.

Конденсатопроводы могут быть самотечными и напорными. Самотечные трубы прокладывают ниже отопительных приборов с уклоном в сторону движения конденсата. В напорных трубах конденсат перемещается под действием разности давления, создаваемой насосом или остаточным давлением пара в приборах.

При воздушном отоплении циркулирующий нагретый воздух охлаждается, передавая теплоту при смешении с воздухом обогреваемых помещений и иногда через их внутренние ограждения. Охлажденный воздух возвращается к нагревателю.

Системы воздушного отопления по способу создания циркуляции воздуха разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с механическим побуждением движения воздуха с помощью вентилятора.

В гравитационной системе используется различие в плотности нагретого и окружающего отопительную установку воздуха. Как и в водяной вертикальной гравитационной системе, при различной плотности воздуха в вертикальных частях возникает естественное движение воздуха в системе. При применении вентилятора в системе создается вынужденное движение воздуха.

Воздух, используемый в системах отопления, нагревается до температуры, обычно не превышающей 60 ^ОС, в специальных теплообменниках - калориферах. Калориферы могут обогреваться водой, паром, электричеством или горячими газами. Система воздушного отопления при этом соответственно называется водовоздушной, паровоздушной, электровоздушной или газовоздушной.

Воздушное отопление может быть местным или центральным. В местной системе воздух нагревается в отопительной установке с теплообменником (калорифером или дружим отопительным прибором), находящимся в обогреваемом помещении.

В центральной системе теплообменник (калорифер) размещается в отдельном помещении (камере). Воздух при температуре t_в подводится к калориферу по обратному (рециркуляционному) воздуховоду. Горячий воздух при температуре t_г перемещается вентилятором в обогреваемые помещения по подающим воздуховодам.

Система отопления выбирается на основании технико-экономического сопоставления различных вариантов, допустимых по санитарно-гигиеническим показателям, с учетом ее эксплуатационных особенностей.

Вопрос №26. Удельная отопительная характеристика здания и расчет потребности в теплоте по укрупненным показателям. Для теплотехнической оценки объемно-планировочных и конструктивных решений, а также для ориентировочного расчета теплопотерь здания пользуются показателем - удельная тепловая характеристика здания q, Вт/(м³·^ОС), которая при известных теплопотерях здания равна

где Q_зд - расчетные теплопотери через наружные ограждения всеми помещениями здания, Вт; V – объем отапливаемого здания по внешнему обмеру, м³; (t_п - t_н) – расчетная разность температуры для основных (наиболее представительных) помещений здания, ^оС. Величина q определяет средние теплопотери 1 м здания, отнесенные к разности температуры 1 ^оС. Ее можно определить заранее

где q_o – эталонная удельная тепловая характеристика, соответствующая разности температуры Δt_o = 18 – (–30) == 48 ^оС, Вт/(м³·^ОС); β₁ – температурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической разности температуры от Δt_o.

Эталонная удельная тепловая характеристика может быть определена с учетом нормативных требований.

где d – доля площади наружных стен, занятая окнами.Температурный коэффициент β₁ равен Характеристикой q удобно пользоваться для теплотехнической оценки возможных конструктивно-планировочных решений здания. Ее величину обычно приводят в перечне основных характеристик проекта его отопления. Значение удельной тепловой характеристики используют для приблизительного подсчета теплопотерь здания.

Для определения расчетной отопительной нагрузки Q_от вместо удельной тепловой характеристики необходимо использовать более полный показатель

где β – коэффициент, учитывающий неизбежные потери теплоты арматурой, трубами и т.д. в системе отопления; q_огр – удельная тепловая характеристика, учитывающая теплопотери через наружные ограждения с учетом добавок; q_н – то же, учитывающая теплопотери на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха; q_техн – то же, учитывающая технологические или бытовые теплопоступления.

Расчет тепловых нагрузок на системы отопления по укрупненным показателям используют только для ориентировочных подсчетов и при определении потребности в теплоте района, города, т.е. при проектировании централизованного теплоснабжения.

Если принять, как это, например, имеет место для жилых зданий, что теплопотери на нагревание инфильтрующеrося наружного воздуха приблизительно компенсируются тепловыми и технологическими теплопоступлениями, а также исходить из предельно допустимых дополнительных потерь в системе отопления, то установочная тепловая мощность системы по укрупненным показателям может быть принята равной

если согласно СНиП дополнительные теплопотери принять равными 7 %. Формула

приближенная, и ее надо рассматривать как первое приближение при укрупненных

расчетах.

Вопрос №28. Основы аэродинамика вентиляционных систем. Потери давления на трение и в местных сопротивлениях.

Аэродинамика — раздел гидроаэромеханики, в котором изучаются законы движения воздуха и силы, возникающие при взаимодействии потока воздуха с поверхностью тел.

Аэродинамический расчет воздуховодов обычно сводится к определению размеров их поперечного сечения, а также потерь давления на отдельных участках и в системе в целом. Это — прямая задача. Возможна и обратная задача — определить расходы воздуха при заданных размерах воздуховодов и известном перепаде давления в системе.

При аэродинамическом расчете воздуховодов систем вентиляции можно пренебречь сжимаемостью перемещающегося воздуха, так как максимально возможное изменение давления в системе меньше 5% атмосферного. По этой же причине принято пользоваться значениями избыточных давлений, принимая за условный нуль атмосферное давление на уровне системы. Одна из особенностей вентиляционных систем — наличие участков, где избыточное давление меньше нуля. При движении воздуха по воздуховоду в любом поперечном сечении потока различают три вида давления: статическое, динамическое и полное.

Статическое давление определяет потенциальную энергию 1 м³ воздуха в рассматриваемом сечении. Статическому давлению р_ст равно давление на стенки воздуховода.

Динамическое давление — это кинетическая энергия потока, отнесенная к 1 м³ воздуха. При скорости движения воздуха в сечении w динамическое давление.

Полное давление равно сумме статического и динамического давлений

р_п = р_ст + р_д

Потери давления на трение. Определяются по формуле предложенной Дарси.

Для воздуховодов круглого сечения

Коэффициент сопротивления трения в общем случае является сложной величиной, зависящей от режима движения воздуха в воздуховоде и шероховатости стенок воздуховода:

Потери давления в местных сопротивлениях. В местах поворота воздуховода, при делении и слиянии потоков в тройниках, при изменении размеров воздуховода (расширение в диффузоре, сужение в конфузоре), при входе в воздуховод или в канал и выходе из них, а также в местах установки регулирующих устройств (дросселей, шиберов, диафрагм) наблюдается падение давления в потоке перемещающегося воздуха. В указанных местах происходит перестройка полей скоростей воздуха в воздуховоде и образование вихревых зон у стенок, что сопровождается потерей энергии потока. Нарушение установившегося поля скоростей начинается на некотором расстоянии до местного сопротивления, а выравнивание потока происходит на некотором расстоянии (обычно несколько калибров — диаметров) после него. На всем участке возмущенного потока происходят потери энергии на вязкое трение и увеличиваются потери на трение о стенки. Однако условно для удобства проведения аэродинамического расчета потери давления в местных сопротивлениях считают сосредоточенными.

Потери давления в местном сопротивлении пропорциональны динамическому давлению воздуха в воздуховоде:

Коэффициент ζ (дзета) носит название коэффициента местного сопротивления и определяет потери давления в местном сопротивлении в долях динамического давления. Значения ζ для различных местных сопротивлений изменяются в широких пределах — обычно 0< ζ <10. При небольших скоростях движения воздуха и значительных потерях давления, например в диафрагме, коэффициент ζ может быть очень высоким, порядка несколько сотен. В отдельных случаях в ответвлениях тройников возможен отрицательный коэффициент ζ. Это означает увеличение удельной энергии потока ответвления вследствие эжекции его основным потоком. Таким образом, при расчете изменения давления следует учитывать знак ζ.

Вопрос №29. Методы гидро- и аэродинамического расчета систем отопления, венти­ляции и кондиционирования.

Задачей расчета является сечений трубопроводов и сечений воздуховодов, для которых при располагаемом напоре обеспечивается пропуск заданного расхода теплоносителя или воздуха или же определяется требуемый напор нагнетателя.

Движение жидкости подчинено уравнению Бернулли.

Е = Н + Р/ρ + w²/2g = const (для идеальной жидкости)

Е = Р/ ρ + w²/2g = const

(для воздуха пренебрегаем Н вследствие низкой плотности воздуха)

При движении потока возникает трение о стенки трубопровода.

Потери давления на преодоление сопротивлений определяется формулой Дарси-Вейсбаха

Методы гидравлического расчета трубопроводов.

1. Метод удельных потерь на трение.

где R_i – удельные линейные потери, Па/м

Σz_i – сумма потерь на местных сопротивлениях, Па

Потери напора на последовательно соединенных участках суммируются. При параллельном соединении участков потери на них

ΔP_i = ΔP_j

Метод удельных потерь наиболее распространенный. Применяется при расчете систем отопления, вентиляции и кондиционирования. При выполнении расчета этим методом возникает невязка на параллельных и смежных участках порядка 15%.

2. Метод расчета по характеристикам сопротивления и проводимости.

Этот метод расчета применяется только при расчете однотрубных систем отопления с искусственной или принудительной вентиляцией.

Расход теплоносителя часовой.

G = 3600·ω·ρ·πd²/4

Выражаем скорость и подставляем в уравнение Дарси-Вейсбаха.

S = 1/σ²

Величина А – удельное гидродинамическое давление на участке. Общая характеристика сопротивления последовательно соединенных участков будет равна сумме характеристик отдельных участков. S = ΣS_i

При параллельном соединении общая характеристика

При этом методе расчета получаем одинаковый перепад температур на стояках.

3. Метод расчета по динамическим давлениям

Этот метод расчета применяется в тех случаях когда линейные потери незначительны по сравнению с местными

ΣR_il_i=Z_экв

Z_экв – эквивалентные местные потери.

4. Метод расчета по приведенным длинам

Для протяженных участков трубопроводов имеющих незначительные местные сопротивления.

z = R·l_прив

30.Струи, истекающие в ограниченное пространство и возникающие у нагретых поверхностей

Приточные струи, подаваемые в вентилируемое помещение, в подавляющем большинстве случаев бывают стеснены плоскостями ограждений помещения. Развитие стесненных струй значительно отличается от развития свободных.

представлена схема струи, истекающей в тупик. В

помещении образуется прямой поток воздуха, создаваемый истечением из насадка, и обратный поток, направленный навстречу прямому. В начале,

пока площадь поперечного сечения струи Fc?p мала по сравнению с площадью поперечного сечения помещения Fn, струя развивается как свободная. Начиная с сечения,

струя начинает вести себя отлично от

свободной: замедляется прирост площади поперечного сечения струи и расход воздуха в ней, уменьшается количество движения. После того как

площадь поперечного сечения струи достигнет 40—42% площади поперечного сечения помещения, струя начинает угасать: резко уменьшается количество движения, начинают уменьшаться расход воздуха в струе, поперечное сечение и осевая

скорость. В стесненных струях распределение скоростей в различных поперечных сечениях не подобно, а отношение средней скорости к осевой не

является постоянным. Обратный поток воздуха в помещении, образованный действием стесненной струи, занимает ту часть поперечного сечения помещения, которая не занята прямым потоком

Наибольшая длина, на которую может распространиться стесненная струя, зависит только от площади поперечного сечения помещения

и определяется уравнением

Дальнобойность стесненной струи не может быть увеличена путем изменения параметров истечения, так как за пределами *макс струя рас-

распадается.

Тепловые струи, так же как и приточные струи естественной или механической вентиляции, являются основными факторами, определяющими циркуляцию воздуха в производственных помещениях, распределение тепла и концентраций паров, газов и пыли. Движение воздуха, возникающее вследствие разности плотностей

нагретых и холодных частиц, называют свободным.

При соприкосновении с нагретой поверхностью воздух нагревается и становится легче. Вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц воздуха возникает подъемная сила, под действием которой нагретые частицы поднимаются; на их место поступают новые частицы — холодные, которые также нагреваются и поднимаются. Таким

образом, образуется восходящий тепловой поток, определяемый наличием теплообмена у нагретой поверхности. Чем больше передается тепла, тем интенсивнее движение воздуха. Так как количество переданного тепла пропорционально разности

температур и площади нагретой поверхности, то и свободное движение воздуха определяется именно этими факторами. Температурным напором определяется разность плотностей и, следовательно, подъемная сила, а площадью поверхности — зона распространения процесса. Движение воздуха на различных уровнях вертикальной нагретой

стенки происходит по-разному. В нижней ее части воздух стелется по поверхности утолщающимся слоем — ламинарное движение, выше появляются завитки («локоны»), бегущие вдоль поверхности,—

локонообразное движение, и, наконец, в верхней части стенки «локоны» отрываются и в виде вихрей распространяются в окружающей среде-турбулентное движение. Движение воздуха около горизонтальных нагретых поверхностей

отличается значительной сложностью и зависит от положения плиты и ее размеров. Когда нагретая поверхность обращена вверх, движение

происходит по схеме рис. IX. 16, а. Если же при этом плита имеет большие размеры, то вследствие налипания с краев сплошного потока

нагретого воздуха центральная часть плиты оказывается изолированной и воздух к ней будет подтекать только сверху. Когда нагретая поверхность обращена вниз, движение воздуха происходит по схеме рис. IX. 16, в. В этом случае по нагретой поверхности движется лишь тонкий слой воздуха, замещаемый встречным потоком, расположенным ниже.

В пограничном ламинарном подслое движение воздуха происходит вдоль поверхности; вертикальная составляющая скорости ничтожна.

Тепло от нагретой пластины передается воздуху путем теплопроводности, и поэтому здесь наблюдается значительный перепад температур.

Нагретый воздух из пограничного слоя поднимается над горячей пластиной отдельными струйками, а на его место опускается холодный воздух. Толщина пограничного слоя равна примерно 0,2d.

Интенсивность подтекания воздуха в пограничном слое больше, чем в

вышележащей части струи (на единицу высоты струи).

В разгонном участке в основном проявляются архимедовы силы,

и под их действием скорость движения воздуха непрерывно возрастает,

статическое давление уменьшается, что и приводит к уменьшению сечения струи. В конце разгонного участка струя имеет наименьшее

сечение. Это сечение называют переходным или сжатым. Сжатое сечение

находится на расстоянии примерно 2d от полюса струи.

Максимальная осевая скорость струи наблюдается несколько выше

конца разгонного участка. В пределах этой части струи, а также во всей

последующей ее части происходит подмешивание к ней окружающего

воздуха, оказывающего тормозящее действие на скорость ее подъема.

В переходном участке происходит преобразование начальных

поперечных профилей скоростей и избыточных температур в профили,

характерные для основного участка.

Во всех сечениях основного участка наблюдается подобие поперечных профилей скоростей и избыточных температур.

В переходном и основном участках вместе с подъемными силами

действуют и силы турбулентной вязкости, под действием которых струя

непрерывно расширяется. Угол бокового расширения струи а может

быть принят как и для приточных свободных струй без

принудительного расширения равным 12°25'.

На формирование тепловых струй большое влияние оказывают

условия подтекания воздуха в зоне /. Например, если поднять пластину

и поместить ее на основание, то условия подтекания воздуха к нагретой

поверхности будут другими, чем для пластины, заделанной заподлицо

с плоскостью, и закономерности развития тепловой струи над таким

источником окажутся несколько иными.

В тепловой струе количество движения секундной массы воздуха по

высоте не остается постоянным, а изменяется в связи с появлением

подъемной силы.